- 1. Качественные реакции неорганической химии. Всем химикам, как опытным, так и начинающим, хоть раз, но доводилось слышать этот термин. В химии качественные реакции очень важны, с ними тесно связан один из разделов химии - аналитическая химия. Итак, в этой статье я изложу качественные реакции, как школьного курса, так и немного «нестандартные». Ну что ж, начнем! Качественные реакции определяют катионы, анионы, порой и целые соединения. 1. Качественные реакции на катионы. 1.1.1 Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li+ , Na+ , K+ , Rb+ , Cs+). Катионы щелочных металлов возможно провести только с сухими солями, т.к. практически все соли щелочных металлов растворимы. Обнаружить их можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет: Li+ - темно-розовый. Na+ - желтый. K+ - фиолетовый. Rb+ - красный. Cs+ - голубой. Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития: 3Li+ + PO43- = Li3PO4↓ Li3PO4 + 3HNO3 = 3LiNO3 + H3PO4 Катион K+ можно вывести гидротартрат-анионом HC4H4O6 - - анионом винной кислоты: K+ + HC4H4O6 - = KHC4H4O6↓ Катионы K+ и Rb+ можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H2 или ее солей - гексафторсиликатов: 2Me+ + 2- = Me2↓ (Me = K, Rb) Они же и Cs+ осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов: Me+ + ClO4 - = MeClO4↓ (Me = K, Rb, Cs). 1.1.2 Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ , Ra2+). Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий и радий. Бериллий и магний нельзя отнести к этой группе, как это любят делать на просторах Интернета. Окраска пламени: Ca2+ - кирпично-красный. Sr2+ - карминово-красный. Ba2+ - желтовато-зеленый. Ra2+ - темно-красный. Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO3 2- : Ca2+ + CO3 2- = CaCO3↓ Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа: 2H+ + CO3 2- = H2O + CO2 Катионы Ba2+ , Sr2+ и Ra2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах: Sr2+ + SO4 2- = SrSO4↓ Ba2+ + SO4 2- = BaSO4↓ Ra2+ + SO4 2- = RaSO4↓ 1.1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb2+ , серебра (I) Ag+ , ртути (I) Hg2 + , ртути (II) Hg2+ . Рассмотрим их на примере свинца и серебра. Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.
- 2. Качественная реакция на катион свинца - образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко желтого цвета): Pb2+ + 2I- = PbI2↓ Качественная реакция на катион серебра - образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра: Ag+ + Cl- = AgCl↓ Ag+ + Br- = AgBr↓ Ag+ + I- = AgI↓ Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид даже имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение: AgHal + 2Na2S2O3 = Na3 + NaHal, (Hal = Cl, Br, I). То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы: AgCl + 2NH3 = Cl Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра - образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи: 2Ag+ + 2OH- = Ag2O↓ + H2O Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду. 1.1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al3+ , хрома (III) Cr3+ , цинка Zn2+ , олова (II) Sn2+ . Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент - щелочь. Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ + 3OH- = 3- Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓ + 3OH- = 3- Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓ + 2OH- = 2- Sn2+ + 2OH- = Sn(OH)2↓ + 2OH- = 2- Не стоит забывать, что основания катионов Al3+ , Cr3+ и Sn2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH)2, а при избытке аммиак способствует растворению осадка: Zn(OH)2 + 4NH3 = (OH)2 Раствор, содержащий 3- , при добавлении хлорной или бромной воды в щелочной среде становится желтым из-за образования хромат-аниона CrO4 2- : 23- + 3Br2 + 4OH- = 2CrO4 2- + 6Br- + 8H2O 1.1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe2+ , Fe3+ . Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH)2 - осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH)2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N2. Катиону Fe3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH)3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH)3. Качественная реакция на Fe2+ : Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ Fe(OH)2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III): 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Качественная реакция на Fe3+ : Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ Еще одной качественной реакцией на Fe3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN- , при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN)3, окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»): Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
- 3. 6NaF + Fe(SCN)3 = Na3 + 3NaSCN Раствор становится бесцветным. Очень чувствительная реакция на Fe3+ , помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона. 1.1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn2+ . Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца: 2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O 1.1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu2+ , кобальта (II) Co2+ и никеля (II) Ni2+ . Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей - аммиакатов: Cu2+ + 4NH3 = 2+ Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко- синий цвет. 1.1.8. Качественные реакции на катион аммония NH4 + . Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении: NH4 + + OH- =t= NH3 + H2O При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет. 1.1.9. Качественная реакция на катион церия (III) Ce3+ . Взаимодействие солей церия (III) с щелочным раствором пероксида водорода: Ce3+ + 3OH- = Ce(OH)3↓ 2Ce(OH)3 + 3H2O2 = 2Ce(OH)3(OOH)↓ + 2H2O Пероксогидроксид церия (IV) имеет красно-бурый цвет. 1.2.1. Качественная реакция на катион висмута (III) Bi3+ . Образование ярко-желтого раствора тетраиодовисмутата (III) калия K при действии на раствор, содержащий Bi3+ , избытком KI: Bi(NO3)3 + 4KI = K + 3KNO3 Связано это с тем, что сначала образуется нерастворимый BiI3, который затем связывается с помощью I- в комплекс. На этом я закончу описание выявления катионов. Теперь рассмотрим качественные реакции на некоторые анионы. 2. Качественные реакции на анионы. 2.1.1. Качественные реакции на сульфид-анион S2- . Из сульфидов растворимы сульфиды только щелочных металлов и аммония. Нерастворимые сульфиды имеют специфическую окраску, по которым можно определить тот или иной сульфид. Окраска: MnS - телесный (розовый). ZnS - белый. PbS - черный. Ag2S - черный. CdS - лимонно-желтый. SnS - шоколадный. HgS (метакиноварь) - черный. HgS (киноварь) - красный. Sb2S3 - оранжевый. Bi2S3 - черный. Некоторые сульфиды при взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют токсичный газ сероводород H2S с неприятным запахом (тухлых яиц): Na2S + 2HBr = 2NaBr + H2S S2- + 2H+ = H2S А некоторые устойчивы к разбавленным растворам HCl, HBr, HI, H2SO4, HCOOH, CH3COOH - к примеру CuS, Cu2S, Ag2S, HgS, PbS, CdS, Sb2S3, SnS и некоторые другие. Но они переводятся в раствор конц. азотной кислотой при кипячении (Sb2S3 и HgS растворяются тяжелее всего, причем последний гораздо
- 4. быстрее растворится в царской водке): CuS + 8HNO3 =t= CuSO4 + 8NO2 + 4H2O Также сульфид-анион можно выявить, приливая раствор сульфида к бромной воде: S2- + Br2 = S↓ + 2Br- Образующаяся сера выпадает в осадок. 2.1.2. Качественная реакция на сульфат-анион SO4 2- . Сульфат-анион обычно осаждают катионом свинца, либо бария: Pb2+ + SO4 2- = PbSO4↓ Осадок сульфата свинца белого цвета. 2.1.3. Качественная реакция на силикат-анион SiO3 2- . Силикат-анион легко осаждается из раствора в виде стекловидной массы при добавлении сильных кислот: SiO3 2- + 2H+ = H2SiO3↓ (SiO2 * nH2O) 2.1.4. Качественные реакции на хлорид-анион Cl- , бромид-анион Br- , иодид-анион I- смотрите в пункте «качественные реакции на катион серебра Ag+ «. 2.1.5. Качественная реакция на сульфит-анион SO3 2- . При добавлении к раствору сильных кислот образуется диоксид серы SO2 - газ с резким запахом (запах зажженной спички): SO3 2- + 2H+ = SO2 + H2O 2.1.6. Качественная реакция на карбонат-анион CO3 2- . При добавлении к раствору карбоната сильных кислот образуется углекислый газ CO2, гасящий горящую лучинку: CO3 2- + 2H+ = CO2 + H2O 2.1.7. Качественная реакция на тиосульфат-анион S2O3 2- . При добавлении раствора серной или соляной кислоты к раствору тиосульфата образуется диоксид серы SO2 и выпадает в осадок элементарная сера S: S2O3 2- + 2H+ = S↓ + SO2 + H2O 2.1.8. Качественная реакция на хромат-анион CrO4 2- . При добавлении к раствору хромата раствора солей бария выпадает желтый осадок хромата бария BaCrO4, разлагающегося в сильнокислой среде: Ba2+ + CrO4 2- = BaCrO4↓ Растворы хроматов окрашены в желтый цвет. При подкислении раствора цвет изменится на оранжевый, отвечающий дихромат-аниону Cr2O7 2- : 2CrO4 2- + 2H+ = Cr2O7 2- + H2O Кроме того хроматы являются окислителями в щелочной и нейтральной средах (окислительные способности хуже, чем у дихроматов): S2- + CrO4 2- + H2O = S + Cr(OH)3 + OH- 2.1.9. Качественная реакция на дихромат-анион Cr2O7 2- . При добавлении к раствору дихромата раствора соли серебра образуется осадок оранжевого цвета Ag2Cr2O7: 2Ag+ + Cr2O7 2- = Ag2Cr2O7↓ Растворы дихроматов окрашены в оранжевый цвет. При подщелачивании раствора окраска изменяется на желтую, отвечающую хромат-аниону CrO4 2- : Cr2O7 2- + 2OH- = 2CrO4 2- + H2O Кроме того, дихроматы - сильные окислители в кислой среде. При внесении в подкисленный раствор дихромата какого-либо восстановителя окраска раствора изменится с оранжевого на зеленый, отвечающей катиону хрома (III) Сr3+ (в качестве восстановителя бромид-анион): 6Br- + Cr2O7 2- + 14H+ = 3Br2 + 2Cr3+ + 7H2O Эффектная качественная реакция на шестивалентный хром - темно-синее окрашивание раствора при добавлении конц. перекиси водорода в эфире. Образуется пероксид хрома состава CrO5. 2.2.0. Качественная реакция на перманганат-анион MnO4 - . Перманганат-анион «выдает» темно- фиолетовая окраска раствора. Кроме того, перманганаты - сильнейшие окислители, в кислой среде восстанавливаются до Mn2+ (фиолетовая окраска исчезает), в нейтральной - до Mn+4 (окраска исчезает, выпадает бурый осадок диоксида марганца MnO2) и в щелочной - до MnO4 2- (окраска раствора изменяется на темно-зеленый): 5SO3 2- + 2MnO4 - + 6H+ = 5SO4 2- + 2Mn2+ + 3H2O 3SO3 2- + 2MnO4 - + H2O = 3SO4 2- + 2MnO2↓ + 2OH- SO3 2- + 2MnO4 - + 2OH- = SO4 2- + 2MnO4 2- + H2O
- 5. 2.2.1. Качественная реакция на манганат-анион MnO4 2- . При подкислении раствора манганата темно- зеленая окраска изменяется на темно-фиолетовую, отвечающую перманганат-аниону MnO4 - : 3K2MnO4(р.) + 4HCl(разб.) = MnO2↓ + 2KMnO4 + 4KCl + 2H2O 2.2.2. Качественная реакция на фосфат-анион PO4 3- . При добавлении к раствору фосфата раствора соли серебра выпадает желтоватый осадок фосфата серебра (I) Ag3PO4: 3Ag+ + PO4 3- = Ag3PO4↓ Аналогична реакция и к дигидрофосфат-аниону H2PO4 - . 2.2.3. Качественная реакция на феррат-анион FeO4 2- . Осаждение из раствора феррата бария красного цвета (реакция проводится в среде щелочи): Ba2+ + FeO4 2- =OH- = BaFeO4↓ Ферраты - сильнейшие окислители (сильнее перманганатов). Устойчивы в щелочной среде, неустойчивы в кислой: 4FeO4 2- + 20H+ = 4Fe3+ + 3O2 + 10H2O 2.2.4. Качественная реакция на нитрат-анион NO3 - . Нитраты в растворе не проявляют окислительных способностей. Но при подкислении раствора способны окислить, к примеру, медь (раствор подкисляют обычно разб. H2SO4): 3Cu + 2NO3 - + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O 2.2.5. Качественная реакция на гексацианноферрат (II) и (III) ионы 4- и 3- . При приливании растворов, содержащих Fe2+ , образуется осадок темно-синего цвета (турнбулева синь, берлинская лазурь): K3 + FeCl2 = KFe + 2KCl (при этом осадок состоит из смеси KFe(II), KFe(III), Fe32, Fe43). 2.2.6. Качественная реакция на арсенат-анион AsO4 3- . Образование нерастворимого в воде арсената серебра (I) Ag3AsO4, имеющего цвет «кофе с молоком»: 3Ag+ + AsO4 3- = Ag3AsO4↓ Вот основные качественные реакции на анионы. Далее мы рассмотрим качественные реакции на простые и сложные вещества. 3. Качественные реакции на простые и сложные вещества. Некоторые простые и сложные вещества, как и ионы, обнаруживаются качественными реакциями. Ниже я опишу качественные реакции на некоторые вещества. 3.1.1. Качественная реакция на водород H2. Лающий хлопок при поднесении горящей лучинки к источнику водорода. 3.1.2. Качественная реакция на азот N2. Тушение горящей лучинки в атмосфере азота. При пропускании в раствор Ca(OH)2 осадок не выпадает. 3.1.3. Качественная реакция на кислород O2. Яркое загорание тлеющей лучинки в атмосфере кислорода. 3.1.4. Качественная реакция на озон O3. Взаимодействие озона с раствором иодидов с выпадением кристаллического иода I2 в осадок: 2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2↓ + O2 В отличии от озона кислород в данную реакцию не вступает. Полагается 3.1.5. Качественная реакция на хлор Cl2. Хлор – газ желто-зеленого цвета с очень неприятным запахом.При взаимодействии недостатка хлора с растворами иодидов в осадок выпадает элементарный иод I2: 2KI + Cl2 = 2KCl + I2↓ Избыток хлора приведет к окислению образовавшегося иода: I2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl 3.1.6. Качественные реакции на аммиак NH3. Примечание: данные реакции не дают в школьном курсе. Однако, это самые надежные качественные реакции на аммиак. Почернение бумажки, смоченной в растворе соли ртути (I) Hg2 + : Hg2Cl2 + 2NH3 = Hg(NH2)Cl + Hg + NH4Cl Бумажка чернеет из-за выделения мелкодисперсной ртути.
- 6. Взаимодействие аммиака с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия K2 (реактив Несслера): 2K2 + NH3 + 3KOH = I · H2O↓ + 7KI + 2H2O Комплекс I · H2O бурого цвета (цвет ржавчины) выпадает в осадок. Две последние реакции являются самыми надежными на аммиак. Реакция аммиака с хлороводородом («дым» без огня): NH3 + HCl = NH4Cl 3.1.7. Качественная реакция на фосген (хлорокись углерода, карбонил хлорид) COCl2. Испускание белого «дыма» от бумажки, смоченной в растворе аммиака: COCl2 + 4NH3 = (NH2)2CO + 2NH4Cl 3.1.8. Качественная реакция на угарный газ (моноксид углерода) CO. Помутнение раствора при пропускании угарного газа в раствор хлорида палладия (II): PdCl2 + CO + H2O = CO2 + 2HCl + Pd↓ 3.1.9. Качественная реакция на углекислый газ (диоксид углерода) CO2. Тушение тлеющей лучинки в атмосфере углекислого газа. Пропускание углекислого газа в раствор гашеной извести Ca(OH)2: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O Дальнейшее пропускание приведет к растворению осадка: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 3.2.1. Качественная реакция на оксид азота (II) NO. Оксид азота (II) очень чувствителен к кислороду воздуха, потому на воздухе буреет, окисляясь до оксида азота (IV) NO2: 2NO + O2 = 2NO2
Качественный анализ предназначен для обнаружения отдельных элементов или ионов, входящих в состав вещества.
Аналитические реакции сопровождаются аналитическим эффектом, позволяющим получить информацию о наличии определяемого элемента. К аналитическим эффектам относят: выпадение или растворение осадка, выделение газообразных продуктов, изменение окраски раствора, образование кристаллов определенной формы.
Для определения присутствия веществ, анионов, катионов используются качественные реакции. Проведя их, можно подтвердить однозначно их наличие. Эти реакции широко используются при проведении качественного анализа, целью которого является определение наличия веществ или ионов в растворах или смесях. Приведем необходимый для сдачи ЕГЭ минимум качественных реакций.
I. Качественные реакции на катионы.
1. Катион водорода Н + , изменение окраски индикаторов: красный цвет лакмуса, розово-красный - метилового оранжевого.
2. Ион аммония:
NH + 4 + ОН → NH 3 + H 2 О (запах или посинение влажной лакмусовой бумаги).
3. Ион Fe 2+ :
3Fe 2+ + 2 2 ↓ (турнбулева синь); Fe 2+ + 2ОН = Fe(OH) 2 ↓ . (зеленоватый осадок).
4. Ион Fe 3+ :
4Fe 3+ + 3 4- → Fe 4 3 ↓ (берлинская лазурь);
Fe 3+ + 3CNS → Fe(CNS) 3 (кроваво-красный цвет);
Fe 3+ + 3ОН - = Fe(OH) 3 ↓ (бурый осадок).
5. ИонА1 3+ :
Al 3+ + 3ОН - →А1(ОН) 3 ↓ (белый осадок, растворяется в избытке щелочи).
6. Ион Ва 2+ :
Ва 2+ + SО 4 2- → BaSО 4 ↓ . (белый осадок).
7. Ион Са 2+ :
Са 2+ + СО 3 2- →CaCО 3 ↓ . (белый осадок).
8. Ион Си 2+ :
Cu 2+ + 2ОH - → Сu(ОН) 2 ↓ (голубой осадок).
9. Иoн Ag + :
Ag + + СI - → AgCl ↓ (белый творожистый осадок).
10. Окраска пламени:
II. Качественные реакции на анионы.
1. Гидроксид-ион:ОН - : изменение окраски индикаторов: лакмус -синий, фенолфталеин - малиновый, метиловый оранжевый - желтый.
2. Галогенид-ионы:
F - + Ag + → осадок не образуется;
С1 - + Ag + → AgC↓ - белый осадок
Br - + Ag + →AgBr↓ - желтовато-белый осадок
I - + Ag + →AgI↓ - ярко-желтый осадок
3. Сульфид-ион:
H 2 S + Pb(NO 3) 2 →PbS ↓ + 2HNO 3 ;
CuSO 4 + H 2 S (Na 2 S)→H 2 SO 4 (Na,SO 4) + CuS↓ (черный осадок).
4. Сульфат-ион:
BaCI 2 + H,SO 4 →BaSO 4 ↓ + 2НС1; Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ (белый осадок).
5. Нитрат-ион:
Сu 2+ + NO 3 - + 2Н + →Сu 2+ + NO 2 + Н 2 O (бурый газ).
6. Фосфат-ион:
РO 4 3- + 3Ag + → Ag 3 PO 4 ↓ (желтый осадок, который, в отличие от осадка AgBr, растворим в минеральных кислотах).
7. Хромат-ион:
СгO 4 2- + Ва 2+ → BaCrO 4 ↓ . (желтый осадок).
8. Карбонат-ион, обнаружение С0 2:
СО 3 2- + 2Н + → СO 2 + Н 2 O;
СO 2 + Са(ОН) 2 →СаСO 3 + Н 2 O;
СаСО 3 + СO 2 + Н 2 O →Са(НСO 3) 2 .
III. Качественная реакция на озон:
2KI + O 3 + Н 2 O → I 2 ↓ + 2КOН + O 2 ; KI + О 2 → не идет
Образование йода можно доказать по изменению окраски раствора в присутствии крахмала: происходит посинение.
Идентификация органических соединений
1. Качественные реакции на соединения, содержащие двойные и тройные связи (алкены, алкадиены, алкины, и др.). Обесцвечивание перманганата калия:
3СН 2 = СН 2 +2КМпO 4 + 4Н 2 O →3С Н 2 ОН - С Н 2 ОН + 2MnO 2 + 2KOH;
3С Н = С Н + 8КМпO 4 → 3КООС-СООК + 8МпO 2 +2КОН + 2Н 2 O.
Обесцвечивание бромной воды:
Н 3 С-СН 2 -СН=СН 2 + Вг 2 → Н 3 С-СН 2 -СН-СН 2 ;
CH≡CH + 2Вг 2 → CHBr 2 -CHBr 2
СН 2 =СН-СООН + Вг 2 → СН 2 Вг-СНВг-СООН.
Качественные реакции на многоатомные спирты, моно- и дисахариды.
Взаимодействие с Сu(ОН) 2 на холоде - это качественная реакция на многоатомные спирты, а также на моно- и дисахариды:
Моносахаридл (дисахарид) + Сu(ОН) (голубой осадок) → синий раствор:
3. Качественная реакция на фенолы.
С 6 Н 5 ОН + FeCl 3 → комплексное соединение темно-фиолетового цвета.
4. Качественные реакции «Серебряное зеркало» и со свежеприготовленным осадком Си(ОН) 2 на альдегидную группу:
СН 3 СНО+ Ag 2 O(NH 3) → СН 3 СООН + 2Ag |;
НСНО + 2Ag 2 O(NH 3) →СO 2 + Н 2 O + 4Ag↓
CH 2 OH-(CHOH) 4 -CHO+Ag 2 O(NH 3) → СН 2 ОН-(СНОН) 4 -СООН + 2Ag↓ ;
СН 3 СНО + 2Сu(ОН) 2 →СН 3 СООН + Cu 2 O↓ + 2Н 2 O
5. Качественные реакции на органические кислоты:
СН 3 СООН: лакмус красный;
СН 3 СООН + Na 2 CO 3 → CH 3 COONa + H 2 O + СO 2 (выделение газа);
НСООН: лакмус красный;
2НСООН + Na 2 CO 3 →2HCOONa + H 2 O + СO 2 (выделение газа);
НСООН + Ag 2 O(NH 3) → СO 2 + Н 2 O + 2Ag↓
6. Качественная реакция с йодом на крахмал:
(С 6 Н |0 О 5) n + I 2 →синее окрашивание.
Качественные реакции на белки
а) биуретовая реакция.
При обработке белка концентрированным раствором щелочи и раствором сульфата меди появляется красно-фиолетовое окрашивание, вызванное образованием медного комплекса белка (реакция на пептидную связь);
б) ксантопротеиновая реакция.
При действии концентрированной азотной кислоты белок окрашивается в желтый цвет. Реакция связана с наличием в молекуле белка ароматических групп, которые нитруются в мягких условиях;
в) сульфгидрильная реакция.
При добавлении к раствору белка ацетата свинца (II) и гидроксида натрия при нагревании выпадает черный осадок сульфида свинца, вследствие наличия в белке тиольных (сульфгидрильных) групп.
1. Качественные реакции на катионы.
1.1.1 Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li + , Na + , K + , Rb + , Cs +).
Катионы щелочных металлов возможно провести только с сухими солями, т.к. практически все соли щелочных металлов растворимы. Обнаружить их можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет:
Li + - темно-розовый.
Na + - желтый.
K + - фиолетовый.
Rb + - красный.
Cs + - голубой.
Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития:
3Li + + PO4 3- = Li 3 PO 4 ↓
Li 3 PO 4 + 3HNO 3 = 3LiNO 3 + H 3 PO 4
Катион K + можно вывести гидротартрат-анионом HC 4 H 4 O 6 - - анионом винной кислоты:
K + + HC 4 H 4 O 6 - = KHC 4 H 4 O 6 ↓
Катионы K + и Rb + можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H 2 или ее солей - гексафторсиликатов:
2Me + + 2- = Me 2 ↓ (Me = K, Rb)
Они же и Cs + осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов:
Me + + ClO 4 - = MeClO 4 ↓ (Me = K, Rb, Cs).
1.1.2 Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Ra 2+).
Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий и радий. Бериллий и магний нельзя
отнести к этой группе, как это любят делать на просторах Интернета.
Окраска пламени:
Ca 2+ - кирпично-красный.
Sr 2+ - карминово-красный.
Ba 2+ - желтовато-зеленый.
Ra 2+ - темно-красный.
Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca 2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO 3 2- :
Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓
Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа:
2H + + CO 3 2- = H 2 O + CO 2
Катионы Ba 2+ , Sr 2+ и Ra 2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах:
Sr 2+ + SO 4 2- = SrSO 4 ↓
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓
Ra 2+ + SO 4 2- = RaSO 4 ↓
1.1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb 2+ , серебра (I) Ag + , ртути (I) Hg 2 + , ртути (II) Hg 2+ .
Рассмотрим их на примере свинца и серебра.
Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.
Качественная реакция на катион свинца - образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко желтого цвета):
Pb 2+ + 2I - = PbI 2 ↓
Качественная реакция на катион серебра - образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра:
Ag + + Cl - = AgCl↓
Ag + + Br - = AgBr↓
Ag + + I - = AgI↓
Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид даже имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение:
AgHal + 2Na 2 S 2 O 3 = Na 3 + NaHal, (Hal = Cl, Br, I).
То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы
:
AgCl + 2NH 3 = Cl
Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра - образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи:
2Ag + + 2OH - = Ag 2 O↓ + H 2 O
Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду.
1.1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al 3+ , хрома (III) Cr 3+ , цинка Zn 2+ , олова (II) Sn 2+ .
Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент - щелочь.
Al 3+ + 3OH - = Al(OH) 3 ↓ + 3OH - = 3-
Cr 3+ + 3OH - = Cr(OH) 3 ↓ + 3OH - = 3-
Zn 2+ + 2OH - = Zn(OH) 2 ↓ + 2OH- = 2-
Sn 2+ + 2OH- = Sn(OH) 2 ↓ + 2OH - = 2-
Не стоит забывать, что основания катионов Al 3+ , Cr 3+ и Sn 2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn 2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH) 2 , а при избытке аммиак способствует растворению осадка:
Zn(OH) 2 + 4NH 3 = (OH) 2
1.1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe 2+ , Fe 3+ .
Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe 2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH) 2 - осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH) 2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N 2 .
Катиону Fe 3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH) 3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH) 3 .
Качественная реакция на Fe 2+ :
Fe 2+ + 2OH - = Fe(OH) 2 ↓
Fe(OH) 2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III):
4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3
Качественная реакция на Fe 3+ :
Fe 3+ + 3OH - = Fe(OH) 3 ↓
Еще одной качественной реакцией на Fe 3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN - , при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN) 3 , окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»):
Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3
Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
6NaF + Fe(SCN) 3 = Na 3 + 3NaSCN
Раствор становится бесцветным.
Очень чувствительная реакция на Fe 3+ , помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона.
1.1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn 2+ .
Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца:
2Mn(NO 3) 2 + 5PbO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 5Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O
1.1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu 2+ , кобальта (II) Co 2+ и никеля (II) Ni 2+ .
Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей - аммиакатов:
Cu 2+ + 4NH 3 = 2+
Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.
1.1.8. Качественные реакции на катион аммония NH 4 + .
Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении:
NH 4 + + OH - =t= NH 3 + H 2 O
При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет.
1.1.9. Качественная реакция на катион церия (III) Ce 3+ .
Взаимодействие солей церия (III) с щелочным раствором пероксида водорода:
Ce 3+ + 3OH - = Ce(OH) 3 ↓
2Ce(OH) 3 + 3H 2 O 2 = 2Ce(OH) 3 (OOH)↓ + 2H 2 O
Пероксогидроксид церия (IV) имеет красно-бурый цвет.
1.2.1. Качественная реакция на катион висмута (III) Bi 3+ .
Образование ярко-желтого раствора тетраиодовисмутата (III) калия K при действии на раствор, содержащий Bi 3+ , избытком KI:
Bi(NO 3) 3 + 4KI = K + 3KNO 3
Связано это с тем, что сначала образуется нерастворимый BiI 3 , который затем связывается с помощью I - в комплекс.
На этом я закончу описание выявления катионов. Теперь рассмотрим качественные реакции на некоторые анионы.
Лекция: Качественные реакции на неорганические вещества и ионы
Для определения веществ в смесях используются качественные реакции. С их помощью можно отличить вещество от других, а так же узнать его количественное содержание. Например, такими реакциями являются реакции, при которых происходит специфическое выпадение осадка или выделение газа, а также реакции, при которых происходит окрашивание раствора. Их применение возможно, когда содержащиеся в смеси вещества, кроме определяемого, не дают похожих признаков при проведении реакции.
В таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:
Качественные реакции на катионы |
||
Катион | Реактив | Признак реакции |
Ba 2+ | Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 |
|
Cu 2+ | 1) Выпадение осадка голубого цвета: Cu 2+ +2OH - → Cu(OH) 2 2) Выпадение осадка черного цвета: Cu 2+ +S 2- → Cu S |
|
Pb 2+ | Выпадение осадка черного цвета: Pb 2+ + S 2- → PbS |
|
Ag+ | Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в аммиаке NH 3 ·H 2 O: Ag + + Cl − → AgCl↓ |
|
Fe 2+ | 2) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K 3 | 1) Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе: Fe 2+ + 2OH − → Fe(OH) 2 ↓ 2) Выпадение синего осадка (турнбулева синь): K + + Fe 2+ + 3- → KFe↓ |
Fe 3+ | 2) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K 4 3) Роданид-ион SCN − | 1) Выпадение осадка бурого цвета: Fe 3+ + 3OH − → Fe(OH) 3 ↓ 2) Выпадение синего осадка (берлинская лазурь): K + + Fe 3+ + 4- → KFe↓3) Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания: Fe 3+ + 3SCN − → Fe(SCN) 3 |
Al 3+ | Щелочь (амфотерные свойства гидроксида) | Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи: OH − + Al3 + → Al(OH) 3и его растворение при дальнейшем приливании: Al(OH) 3 + NaOH → Na |
NH 4+ | OH − , нагрев | Выделение газа с резким запахом: NH 4+ + OH − → NH 3 + H 2 O Посинение влажной лакмусовой бумажки |
H +
| Индикаторы: − лакмус − метиловый оранжевый | Красное окрашивание |
Качественные реакции на анионы |
||
Анион | Воздействие или реактив | Признак реакции. Уравнение реакции |
SO 4 2- | Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 ↓ |
|
NO 3 − | 1) Добавить H 2 SO 4 (конц.) и Cu, нагреть 2) Смесь H 2 SO 4 + FeSO 4 | 1) Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu 2+ , выделение газа бурого цвета (NO 2) 2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) 2+ . Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца») |
PO 4 3- | Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: 3Ag + + PO 4 3- → Ag 3 PO 4 ↓ |
|
CrO 4 2- | Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl: Ba 2+ + CrO 4 2- → BaCrO 4 ↓ |
|
S 2- | Выпадение черного осадка: Pb 2+ + S 2- → PbS↓ |
|
CO 3 2- | 1) Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 ↓ 2) Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды: CO 3 2- + 2H + → CO 2 + H 2 O Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O |
|
CO 2 | Известковая вода Ca(OH) 2 | Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO 2: Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3) 2 |
SO 3 2- | Выделение газа SO 2 с характерным резким запахом (SO 2): 2H + + SO 3 2- → H 2 O + SO 2 |
|
F − | Выпадение белого осадка: Ca 2+ + 2F − → CaF 2 ↓ |
|
Cl − | Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в NH 3 ·H 2 O (конц.) : Ag + + Cl − → AgCl↓ AgCl + 2(NH 3 ·H 2 O) → } Поделиться
 | |
